DE10207459A1 - Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung - Google Patents

Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung

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DE10207459A1 DE2002107459 DE10207459A DE10207459A1 DE 10207459 A1 DE10207459 A1 DE 10207459A1 DE 2002107459 DE2002107459 DE 2002107459 DE 10207459 A DE10207459 A DE 10207459A DE 10207459 A1 DE10207459 A1 DE 10207459A1
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Arnold Loebig
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Adam Opel AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/26Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264Rotating balancer shafts

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft erstmals eine Ausgleichseinheit (1) zur Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren (3) von einer Kurbelwelle (20) verursachten Massenkräften 2. Ordnung, mit wenigstens einer Ausgleichswelle (6), Ausgleichswellenlagern (8, 46) und einem mit der Kurbelwelle (20) gekoppelten Ausgleichswellen-Drehantrieb (42). DOLLAR A Erfindungsgemäß ist/sind die Ausgleichswelle(n) (6) mehrteilig, in Längsrichtung aus Ausgleichswellenabschnitten (5, 7) zusammenfügbar ausgebildet und verfügt/verfügen in Ausgleichsgewichtsbereichen (4) über eine nicht homogene Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle (6).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben- Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die aus der Praxis bekannten Ausgleichseinheiten, mit denen die bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren auftretenden Massenkräfte 2. Ordnung ausgeglichen werden sollen, um die Laufkultur des Verbrennungsmotors zu verbessern, sind in einem Gehäuse gelagert, welches die Ausgleichseinheit umschließt und damit vom in der Ölwanne befindlichen Ölsumpf des Motors trennt.
  • Da bei der Reduzierung der Massenkräfte 2. Ordnung sehr hohe Umfangskräfte an den Lagern der Ausgleichseinheiten auftreten, müssen die Lagerdeckel aus festem schweren Gussmaterial hergestellt werden. Häufig werden hierbei die Lagerdeckel mit dem Gehäuse in einem Stück gegossen, was zu einem hohen Gewicht der gesamten Einheit führt. Dieses hohe Gewicht des Gehäuses für die Ausgleichseinheit ist für moderne Hubkolben-Verbrennungsmotoren nicht akzeptabel.
  • Zudem können die Lager in den Lagerschalen aufgrund der durch das Gehäuse vorgegebenen Wandungen bzw. Positionen nicht beliebig plaziert, insbesondere nicht axial verschoben werden. Die damit verbundenen Beschränkungen in der Gestaltungsfreiheit des Montagevorgangs führt zu Kostensteigerungen.
  • Die Ausgleichswellen der Ausgleichseinheit drehen sich mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle, und zwar entgegengesetzt zu deren Drehrichtung. Die Ausgleichsgewichtsbereiche der Ausgleichswellen sind hierbei häufig in etwa halbkreisförmig offen, was ohne die Abschirmung gegen den Ölsumpf durch das Gehäuse dazu führen würde, dass das Motoröl - ähnlich wie bei einem Quirl - aufgewirbelt, verpanscht und verschäumt wird, was u. a. dessen Schmierfähigkeit negativ beeinflusst. Zudem ergeben sich aus dieser herkömmlichen Konstruktion der Ausgleichswellen in manchen Fällen heulende Geräusche, wenn diese nicht durch das Gehäuse vollständig abgeschirmt werden können.
  • Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgleichseinheit zur Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung vorzuschlagen, die konstruktiv einfacher und kostengünstiger, insbesondere wesentlich leichter, baut, als herkömmliche Ausgleichseinheiten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die erfindungsgemäße Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung, mit wenigstens einer Ausgleichswelle, Ausgleichswellen-Lagern und einem mit der Kurbelwelle gekoppelten Ausgleichswellen-Drehantrieb weist erstmals mehrteilige, in Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildete Ausgleichswellen auf, wobei die Ausgleichswelle(n) in Ausgleichsgewichtsbereichen über eine nicht homogene Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle(n) verfügt/verfügen.
  • Die mehrteilige, in Längsrichtung zusammenfügbare Ausgestaltung der Ausgleichswelle erlaubt es in vorteilhafter Weise, deren Lager axial in Längsrichtung der Welle dorthin zu verschieben, wo eine die Lager aufnehmende Lagerschale bzw. ein Lagerdeckel der Ausgleichseinheit hinsichtlich dessen Abstützung z. B. am Zylinderblock und/oder am Kurbelwellenlager optimal positioniert werden kann. Damit einhergehend ergibt sich der Vorteil, dass das Gehäuse, welches herkömmliche Ausgleichseinheiten umschließt, vollständig entfallen kann. Darüber hinaus bietet die axiale Verschieblichkeit der Lager aufgrund der mehrteilig, in Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildeten Ausgleichswellen den Vorteil, dass bei der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit eine vollständige Teilungsebene nebst zugehöriger Zentrierungen, als auch die bislang aufwendig geteilten Lagerschalen komplett entfallen können. Zudem erleichtert die Steckverbindung der Ausgleichswellen sowohl deren Montage beim Zusammenbau der Ausgleichseinheit als auch bei deren Integration in den Motorblock, da der Montagevorgang in dessen Ausgestaltung hierdurch weit weniger Beschränkungen unterworfen ist, als dies bei herkömmlichen Ausgleichseinheiten der Fall ist.
  • Aufgrund der, vorzugsweise als Massenkonzentration ausgebildeten, nicht homogenen Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle, wobei diese Massenkonzentration vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet sein kann, lässt sich die Funktion einer Ausgleichswelle, die hierfür bislang üblicherweise exzentrische Abschnitte aufweisen musste, in einem kreisrunden Querschnitt abbilden, in dem die herkömmliche Exzentrizität durch eine Massenkonzentration auf einem Teilbereich des Querschnitts erzielt wird, was zu einer besonders kompakten Bauform führt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Stirnflächen benachbarter Ausgleichswellenabschnitte eine aufeinander abgestimmte Kontur auf, die zur gegenseitigen Ausrichtung bei den jeweiligen Ausgleichswellenabschnitten zugeordneten Ausgleichsgewichtsbereichen dient. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die über eine nicht homogene Massenverteilung simulierte Exzentrizität der Ausgleichswelle, die aufgrund der Mehrteiligkeit der Ausgleichswelle auf mehrere Ausgleichsgewichtsbereiche in den jeweiligen Ausgleichswellenabschnitten aufgeteilt sein kann, in der Summe so zueinander orientiert bzw. ausgerichtet ist, dass die gewünschte Gesamtexzentrizität erreicht wird. Damit ist sichergestellt, dass die Ausgleichswelle schlussendlich das geforderte Ausgleichsmoment durch Rotation erzeugen kann, wobei zugleich in vorteilhafter Weise sichergestellt ist, dass die Ausgleichswelle bevorzugt einen kreisrunden Querschnitt aufweisen kann.
  • Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die eine Stirnfläche von benachbarten Ausgleichswellenabschnitten einen Zentrierbolzen auf, der in eine in der anderen Stirnfläche ausgebildete Zentrierbohrung eingreift. Dies ist eine konstruktiv einfache Lösung zur Erfüllung der vorstehend diskutierten Forderung einer optimalen Ausrichtung der Ausgleichswellenabschnitte zueinander, um zu vermeiden, dass diese über der Längsachse zueinander verdreht sind.
  • Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist/weisen die Ausgleichswelle(n) einen kreisrunden Querschnitt auf. Damit können diese auch mit den bei heutigen Motoren extrem hohen Drehzahlen von zum Teil deutlich über 14000 U/min frei im Ölsumpf des Motors rotieren, ohne dass dabei das Motorenöl aufgewirbelt, verpanscht oder gar verschäumt werden würde. Damit kann in vorteilhafter Weise auf ein die Ausgleichswellen umfassendes Gehäuse zur Abschirmung gegenüber dem Ölsumpf verzichtet werden, was zu einer erheblichen Reduzierung des Gewichts der Ausgleichseinheit führt. Zugleich können hierbei die Herstellungskosten gesenkt werden, da anstelle eines aufwendigen und teueren Gussgehäuses lediglich Abstützelemente, wie beispielsweise Lagerdeckel für die Lager der Ausgleichswellen benötigt werden. Zudem können die Lagerdeckel dann z. B. flächig bzw. in deren Kontur einfach ausgestaltet werden, was deren Herstellung und Bearbeitung vereinfacht, so daß wiederum ein kostensenkender Effekt wirksam wird. Damit einher geht ein erheblicher Gewinn von Bauraum zwischen Kurbelwelle und Öl- wanne, welcher ohnehin in heutigen Motoren sehr beengt ist, da die Wandungen des die Ausgleichswellen vormals umgebenden Gehäuses mit dem Wegfall des Gehäuses ebenfalls entfallen können und somit keinen Bauraum blockieren.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Ausgleichswellen, insbesondere im Ausgleichsgewichtsbereich, wesentlich leichter bzw. einfacher als früher bearbeitet werden können, da diese einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
  • Mit dem Wegfall des herkömmlichen Gehäuses und der Ausgestaltung der Ausgleichswellen mit einem kreisrunden Querschnitt ergibt sich der weitere Vorteil, dass, die Ausgleichseinheit wesentlich kompakter als bisher ausgeführt werden kann. Dies hilft wiederum knappen Bauraum zu sparen.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform weisen die Ausgleichswellen eine glatte Oberfläche auf. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass das die Ausgleichswelle umströmende Öl nicht nur nicht verpanscht und nicht verschäumt wird, sondern darüber hinaus einen nur so gering als möglichen rotatorischen Mitnahmeeffekt erfährt, so dass es im Idealfall im Nahbereich um die Ausgleichswelle herum trotz deren Rotation in Ruhe bleibt.
  • Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Ausgleichseinheit weisen die Ausgleichswellenabschnitte Lagersitz-Führungsabschnitte auf. Dies hat den Vorteil, dass damit sichergestellt ist, dass die Ausgleichswellenabschnitte in die Lager eingesteckt und bis zu einem festen Halt am Lagersitz-Führungsabschnitt positioniert werden können, wobei sich hier der zusätzliche Vorteil ergibt, dass anstelle geteilter Lager nunmehr ungeteilte Lager, die kostengünstig zu beschaffen sind, verwendet werden können.
  • Einer weiter bevorzugten Ausführungsform zufolge kann die Ausgleichswelle anstelle in herkömmlichen Gleitlagern in Wälzlagern gelagert werden, was die Laufkultur und Laufruhe der Ausgleichswelle deutlich erhöht und zudem wesentlich höhere Drehzahlen zulässt. Ferner kann bei den Wälzlagern eine aktive Ölschmierung entfallen, was sich in einer wesentlichen Vereinfachung der gesamten Konstruktion niederschlägt, da auf Ölkanäle, Ölnuten und dgl. verzichtet werden kann.
  • Hierbei kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform das drehantriebsseitige Lager der Ausgleichswelle, das dem Drehantrieb abgewandte Lager der Ausgleichswelle oder beide Lager als ungeteiltes Lager ausgebildet sein. Indem anstelle der herkömmlichen geteilten Lager erstmals ein ungeteiltes Lager verwendet werden kann, lassen sich auch an dieser Stelle die Kosten deutlich senken, da geteilte Lager wesentlich teurer in der Herstellung oder Beschaffung sind, als ungeteilte Lager.
  • Darüber hinaus läßt sich die nicht homogene Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle über eine entsprechende Massenkonzentration innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle auf einen Teilbereich derselben erreichen. Die dabei gewünschte Massenkonzentration lässt sich ihrerseits bevorzugt dadurch erzielen, dass die Ausgleichswelle als Gussteil mit einstückig gegossener Massenkonzentration im Ausgleichsgewichtsbereich hergestellt ist. Eine hierfür gewünschte Kontur mit einer im Querschnitt kreisrunden Ummantelung einer Massenkonzentration beispielsweise auf der einen Hälfte des Querschnitts und keiner Masse in einem beispielsweise linsenförmigen, kuchenstückförmigen oder halbkreisförmigen Abschnitt auf der anderen Seite der Ausgleichswelle kann relativ einfach, beispielsweise durch Kokillen- oder Sandguss, hergestellt werden, wobei der den Hohlraum schaffende Sand nach dem Giessen durch eine wiederverschließbare Öffnung entleert werden kann. Eine solche Konstruktionsweise der Ausgleichswelle erlaubt hohe Herstellungsraten bei zugleich geringen Herstellungskosten. Zudem fällt der Nachbearbeitungsaufwand eines Gussteiles mit kreisrundem Außenquerschnitt bei entsprechender Formgebung der Gussform äußerst gering aus, und kann im Idealfall sogar entfallen.
  • Ebenso ist es möglich die, vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildete, Massenkonzentration im Ausgleichsgewichtsbereich in eine Umhüllung aus Kunststoff, Aluminium, Magnesium oder dgl. anderen leichten aber festen Materialien einzugießen, deren äußerer Umfang im Querschnitt wiederum kreisrund ausgebildet ist. Auf diese Weise können beliebige Querschnitte im Ausgleichsgewichtsbereich realisiert werden, da eine wie auch immer geartete Kontur im Ausgleichsgewichtsbereich, die zunächst zu einer Verwirbelung bzw. Verschäumung des Öls führen würde, durch das Eingießen bzw. Ummanteln mit einem Material, das schlussendlich an der äußeren Kontur einen kreisrunden Querschnitt aufweist, gerade eine solche Verquirlung des Schmieröls vermieden wird. Dies ist eine weitere kostengünstige Herstellungsalternative zum vorgenannten Gussverfahren.
  • Weiterhin kann über die, vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildete Massenkonzentration im Ausgleichsgewichtsbereich ein zylindrisches Rohr aus Kunststoff, Aluminium, Magnesium oder dgl. anderen festen und leichten Materialien aufgeschoben, aufgepresst oder aufgeschrumpft werden. Dies ist eine dritte Alternative, mit der in vorteilhafter Weise die gewünschte nicht homogene Massenverteilung innerhalb des Querschnitts im Ausgleichsgewichtsbereich der Ausgleichswelle erzielt werden kann. Hierbei ist es besonders günstig, dass Rohrstücke der gewünschten Länge von einem Halbzeug, das bereits die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenrauhigkeit aufweist, abgelängt werden können, gleichermaßen können entsprechende Teilstücke von einem die entsprechende Massenverteilung aufweisenden Profil abgetrennt und dann an der Stelle des Ausgleichsgewichtsbereichs im Rohrstück durch Einschieben, Einpressen oder Aufschrumpfen platziert werden. Diese ebenfalls kostengünstige Herstellungsvariante eröffnet relativ große Spielräume bei der Ausgestaltung des Querschnitts im Ausgleichsgewichtsbereich.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit werden nur noch die hohen Umfangskräfte auffangenden Lagerdeckel benötigt. Es müssen in vorteilhafter Weise nicht, wie bei den herkömmlichen Ausgleichseinheiten, alle Lager geteilt werden, vielmehr können die Lager als ungeteilte Lager ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Ausgleichswellen durch die Verwendung ungeteilter Lager in einfache Lagerbohrungen eingeschoben werden, was zusätzlich Teile mit der entsprechenden Bearbeitung von Passflächen, Bohrungen, Zentrierungen, nebst zusätzlichen Befestigungselementen einsparen hilft.
  • Ein Einschieben bzw. Aufstecken der Ausgleichswellen in Lagerbohrungen lässt sich sehr gut in Wälzlagern realisieren. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass nicht nur eine geringere Reibung anfällt, als dies bei gewöhnlichen Gleitlagern der Fall ist, sondern Wälzlager benötigen zudem keine Schmierung mit Ölleitungen, Nuten, Ringnuten oder dgl., was sich in einem wesentlich geringeren Konstruktions- und Bearbeitungsaufwand positiv bemerkbar macht. Zudem kann bei der Montage ein ungeteiltes Lager mit der eingeschobenen Ausgleichswelle relativ einfach in den zugeordneten Lagerdeckel eingelegt und mit selbigem gegen den Zylinderblock verschraubt werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit ist in vorteilhafter Weise kein zusätzliches Gehäuse aus schwerem Material mehr erforderlich. Durch den Entfall des Gehäuses der Ausgleichseinheit und die dann nur noch erforderlichen Lagerdeckel, die zudem leichter bauen können, als dies bislang bei den Wandungen der herkömmlichen Gehäuse der Fall war, läßt sich eine Gewichtsreduzierung von bis zu 60% realisieren. Der erforderliche Konstruktionsaufwand fällt wesentlich geringer aus. In dem das Gehäuse entfällt, wird auch keine Gehäuseteilung mehr benötigt, was den Fertigungsaufwand wesentlich reduzieren hilft. Durch den Entfall einer Gehäuseteilung werden auch keine geteilten Lager mehr benötigt. Dies hilft Kosten sparen. Es sind bei der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit wesentlich weniger Teile erforderlich als bei herkömmlichen Ausgleichseinheiten, da durch die konstruktive Vereinfachung zusätzliche Lager und Befestigungsschrauben sowie geteilte Lagerdeckel entfallen können. Es entstehen keine Mehrkosten mehr, da keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte und auch weniger Material notwendig sind.
  • Man gewinnt wesentlich mehr Bauraum, da die erfindungsgemäße Ausgleichseinheit kompakter als herkömmliche Ausgleichseinheiten baut.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren von der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit in einem teilweise aufgebrochenen Querschnitt von der Seite betrachtet;
  • Fig. 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit, wiederum in einem teilweise aufgebrochenen Querschnitt von der Seite betrachtet;
  • Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ansicht längs der dort eingetragenen Schnittlinie A-A;
  • Fig. 4 einen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ansicht entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie B-B;
  • Fig. 5 einen weiteren Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ansicht entlang der dort eingetragenen Schnittlinie C-C;
  • Fig. 6 eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Ausgleichseinheit von unten; und
  • Fig. 7 einen Teilschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Ansicht längs der dort eingetragenen Schnittlinie F-F.
  • In Fig. 1 ist in einer teilweise aufgebrochenen Schnittansicht eine erste Variante einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit 1 von der Seite veranschaulicht. Weitere Ansichten und Schnitte dieser ersten Variante sind in den Fig. 3 bis 7 wiedergegeben.
  • Die Ausgleichseinheit 1 weist einen einstückigen Lagerdeckel 2 auf, der beispielsweise mittig am Hauptlager der Kurbelwelle 20 zwischen den Ausgleichsgewichtsbereichen 4 der Ausgleichswellen 6 angeordnet ist. Die Ausgleichswelle 6 ist in Längsrichtung aus einem drehantriebzugewandten Ausgleichswellenabschnitt 5 und einem in dieser Ansicht gemäß Fig. 1 links davon angeordneten Ausgleichswellenabschnitt 7 zusammengefügt. Im Lagerdeckel 2 ist ein ungeteiltes Führungslager 8 mit Lagerring gehalten, das Anschlagflächen 10 besitzt.
  • Der in Fig. 1 links dargestellte Lagerdeckel 2 kann, nachdem zuvor die Ausgleichswellen 6 eingelegt worden sind, mit den Befestigungsschrauben 14 mit dem Kurbelwellenlagerdeckel 16 verschraubt werden, wobei eine Führung 18 für eine gewünschte Zentrierung bzw. Ausrichtung sorgt. Der in dieser Ansicht linke Kurbelwellenlagerdeckel 16 kann seinerseits, nachdem die Kurbelwelle 20 in dem Kurbelwellenlagerdeckel 16 integriert worden ist, mit Befestigungsschrauben 22 im Lagerstuhl 24 des Zylinderblocks 26 befestigt werden.
  • Die vorgenannte Führung 18 besteht beispielsweise aus einer Führungsbüchse, welche in entsprechenden Passungen im Kurbelwellenlagerdeckel 16 und im Lagerdeckel 2 gehalten ist.
  • Die Ölversorgung zur Schmierung dieser Lager geschieht über eine Ringnut 27 und eine sich an die Ringnut 27 anschließende Ölleitung 28. Die Ringnut 27 und die Ölleitung 28 sind im Kurbelwellenlagerdeckel 16 ausgebildet und stehen in Verbindung mit den Ölleitungen 30, die im Lagerdeckel 2 ausgebildet sind, und welche die Ringnuten 34 des Lagerdeckels 2 als auch die Ringnuten 36 des oberen Lagers 12 mit einer ausreichenden Menge an Öl versorgen, um eine optimale Schmierung des Führungslagers 8 der Ausgleichseinheit 1 zu gewährleisten.
  • Drehantriebsseitig besitzt die Ausgleichseinheit 1 einen zweiten Lagerdeckel 38, der in der hier dargestellten Ausführungsform ebenfalls einstückig ausgeführt ist. An den Lagerdeckel 38 ist eine Befestigungsplatte 40 für die Befestigung eines Ausgleichswellen- Drehantriebs bzw. eines Kettenantriebes 42 angegossen (vgl. Fig. 4 und 5).
  • Der in Fig. 1 rechte Lagerdeckel 38 besitzt zwei Lagerbohrungen 43, wie dies besonders gut aus Fig. 4 hervorgeht, in welche die Ausgleichswellen 6 bzw. deren rechte Ausgleichswellenabschnitte 5 mit den Zapfen 44 und den bearbeiteten Lagern 46 eingeschoben werden.
  • Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird am Ende des Zapfens 44 jeweils ein Antriebsrad 48 mit einer Befestigungsschraube 50 verspannt, wobei hierfür selbige in eine Gewindebohrung 154 des Ausgleichswellenabschnitts 7 verschraubt ist.
  • Der Lagerdeckel 38 ist mit Befestigungsschrauben 54 über geeignete Führungen 56 zentriert und im zugeordneten vorderen Teil des in dieser Ansicht rechten bzw. zweiten Kurbelwellenlagerdeckels 58 befestigt. Der Kurbelwellenlagerdeckel 58 ist seinerseits mit zwei Befestigungsschrauben 60 im vorderen Teil des Lagerstuhls 62 des Zylinderblocks 26 verschraubt.
  • Die Ölversorgung dieser drehantriebsseitigen Lager 46 geschieht über eine Ringnut 66, die im Kurbelwellenlagerdeckel 58 abschnittsweise um die Kurbelwelle herum ausgebildet ist und mit einer Ölleitung 68 in Verbindung steht. Die Ölleitung 68 führt den Schmierstoff zu den Ölleitungen 70, welche die Ringnuten 72 versorgen Die Ringnuten umschließen hierzu die Lager 46 zu deren Schmierung zumindest abschnittsweise.
  • Die Montage kann beispielsweise so erfolgen, daß die Ausgleichswellenabschnitte 5 und 7 zusammen mit den Lagern 8 bzw. 46 und den Lagerdeckeln 2 bzw. 38 zusammengefügt bzw. ineinander gesteckt werden und vormontiert als eine kompakte Einheit mit den entsprechenden Kurbelwellenlagerdeckeln 16 und 58 verbunden bzw. daran befestigt werden, welche bereits mit dem Zylinderkopf 26 vormontiert sein können.
  • Der Ausgleichswellen-Drehantrieb 42 wird, wie in Fig. 5 näher ausgeführt, beispielsweise mit einem Kettenantrieb realisiert. Der Kettenantrieb 42 weist ein Kettenrad 74 auf, welches auf den Sitz 76 der Kurbelwelle 20 montiert ist (vgl. Fig. 1). Das Kettenrad 74 treibt über die Kette 78 die beiden Antriebsräder 80 der Ausgleichswellen 6 mit nach dem Lancaster-Prinzip zur Kurbelwellendrehrichtung entgegengesetzter Drehrichtung mit doppelter Kurbelwellendrehzahl an, wie weiter aus Fig. 5 erkennbar ist. Für die Sicherstellung einer guten Umschlingung besitzt der Kettenantrieb 42 ein Umlenkrad 82. Des weiteren wird die Kette 78 vermittels eines Spannelements 84 im laufenden Betrieb ausreichend vorgespannt und vermittels einer Führungsschiene 86 zwischen dem Umlenkrad 82 und einem der Antriebsräder 80 ein Durchhängen oder Schlackern verhindernd geführt.
  • Anstelle eines Kettenantriebes ist auch ein Antrieb der Ausgleichswellen 6 mit Zahnrädern möglich.
  • Nach erfolgter Montage des Kettenantriebs 42 auf der Befestigungsplatte 40 vermittels der dort vorgesehenen Befestigungspunkte 88, 92, 94 und 180 wird die Ausgleichseinheit 1 drehantriebseitig mit einem Gehäusedeckel 96 (vgl. Fig. 1) abgedeckt, wobei hierfür wiederum zur Befestigung beispielsweise die Befestigungspunkte 90, 182 und 184 auf der Befestigungsplatte 40 vorgesehen werden können.
  • Zwischen der Ausgleichseinheit 1 und der Ölwanne 98 sitzt ein entsprechend angepasstes Ölleitungssystem 100 mit einem Ölsieb 102, zum Ansaugen des Schmieröls in das Ölversorgungssystem des Motors 3, wie dies beispielsweise aus Fig. 3 oder 7 deutlich wird.
  • Weiterhin sind beispielsweise drei Varianten erfindungsgemäßer Ausgleichswellen mit unterschiedlichem Aufbau deren Querschnittes denkbar. Die Ausgleichswellen 6 können einen kreisrunden Querschnitt aufweisen mit umlaufender Außenkontur, bearbeiteter Oberfläche 104 und innen eine gegossene halbkreisförmige Massenkonzentration 106 aufweisen, wobei die Außenkontur eine gewünschte Außenwandstärke haben kann.
  • Bei den nicht näher dargestellten Querschnitten verschiedener Varianten von Ausgleichswellen werden die Massenkonzentrationen 106 auf unterschiedliche Weisen erstellt. Neben der einstückig gegossenen Variante ist die Variante einer mit einer Umhüllung umgossenen Massenkonzentration und die Variante einer in ein zylindrisches Rohr eingepressten Massenkonzentration problemlos herstellbar. Dabei können Profile unterschiedlichen Querschnitts, z. B. ein im wesentlichen halbkreisförmiges Ausgleichsgewicht, das eine radiale Nase aufweist, in einen kreisrunden Querschnitt eingegossen und auf derart beispielsweise von einem sehr leichten Kunststoff, Aluminium, Magnesium oder einem anderen leichten aber strapazierfähigen Material ummantelt sein, welches seinerseits erforderlichenfalls an der Oberfläche bearbeitet werden kann. Ferner besteht die Möglichkeit, dass ein dünner zylinderförmiger Mantel, der beispielsweise als zylindrisches Rohr aus Kunststoff, Aluminium, Magnesium oder dgl. anderen leichten Materialien ausgebildet sein kann und eine entsprechende glatte Oberfläche aufweist, auf die vorher beispielsweise abgerundeten Ausgleichsgewichte aufgeschoben bzw. aufgepresst und dort befestigt bzw. aufgeschrumpft wird.
  • Ein möglicher Montagevorgang der ersten Variante einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit soll nachfolgend anhand der Fig. 1 und 3 bis 7 erläutert werden. Der Lagerdeckel 2 wird mit dem zugehörigen Führungslager 8 im Bereich des linken Ausgleichswellenabschnittes 7 der Ausgleichswelle 6 auf das linke Lager aufgeschoben. Anschließend wird der zugehörige Lagerring 11 eingelegt und die rechte Seite bzw. der rechte Ausgleichswellenabschnitt 5 der Ausgleichswelle 6 mit der Führung 140 auf die linke Seite bzw. den linken Ausgleichswellenabschnitt 7 der Ausgleichswelle 6 mit der Führung 142 aufgeschoben. Damit die Position der Ausgleichsgewichte bzw. jeweiligen Massenkonzentrationen 144 und 146 exakt aufeinander abgestimmt sind, ist eine Zentrierungsbohrung 148 mit eingepresstem Zentrierbolzen 150 in der Ausgleichswelle 6 vorhanden, welcher in die Bohrung 152 des linken Ausgleichswellenabschnittes 7 eingeführt ist.
  • Danach wird der antriebsseitige Lagerdeckel 38 mit dem darin befindlichen ungeteilten Loslager 46 auf das rechte Lager der Ausgleichswelle 6 aufgeschoben. Durch die kräftedimensionierte Befestigungsschraube 54, auf die vorher unterhalb des Schraubenkopfes das Antriebskettenrad 48 eingelegt wurde, wird der Ausgleichswellenabschnitt 7 mit dessen Gewindebohrung 154 und dem zugehörigen Anschlag 156 auf den Ausgleichswellenabschnitt 5 mit dessen zugehörigem Gegenanschlag verspannt.
  • Anschließend wird die Ausgleichseinheit 1 auf die Gegenlager- bzw. Kurbelwellenlagerdeckel 16 und 58 aufgelegt und in dem Kurbelgehäuse mit eingelegter Kurbelwelle 20 befestigt. Hierbei wird vorher das Gegenlager bzw. der Kurbelwellenlagerdeckel 16 in die Hauptlagerführung des Kurbelgehäuses eingelegt und mit den Schrauben 22 befestigt. Der Lagerdeckel 2 wird mit den Schrauben 14 und der Zentrierung 18 mit dem Lager 16 verspannt. Ebenso wird vorher Gegenlager 58 in die entsprechende Lagerführung des Kurbelgehäuses eingelegt und mit den Schrauben 60 befestigt. Der Lagerdeckel 38 wird mit den Schrauben 54 und entsprechender Zentrierung 56 mit dem Kurbelwellenlagerdeckel 58 verspannt.
  • Das vorstehend ausgeführt ist auch auf die in Fig. 2 dargestellte zweite Variante einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit 1 übertragbar. Insoweit sind gleichwirkende Bauteile mit den selben Bezugszeichen beziffert worden. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausgleichseinheit 1 sind anstelle der in Variante 1 verwendeten Gleitlager nun im Lagerdeckel 122 mit daran angegossener Befestigungsplatte 40 Wälzlager 124 in den vorderen, drehantriebsseitigen Lagerbohrungen 126 eingesetzt. Die Wälzlager 124 können beispielsweise als Rillenkugellager ausgebildet sein. Die Ausgleichswelle 128 weist auf einem Zapfen 130 ein bearbeitetes Widerlager 132 für das Wälzlager 124 mit einem linken Anschlag 134 auf, und ist in dieser Darstellung rechts mit einer Abstandshülse 136 mit dem Antriebsrad 80 verspannt. Der besondere Vorteil der Wälzlager 124 ist hierbei in deren deutlich geringerer Reibung als bei Gleitlagern festzustellen, wodurch die Ölversorgung mit den Ölleitungen, Nuten und Ringnuten in den unterschiedlichen Lagern bzw. Lagerdeckeln vollständig entfallen kann. Der Konstruktions- und Bearbeitungsaufwand ist damit wesentlich geringer, als bei einer Verwendung von Gleitlagern.
  • Die Montage geschieht hierbei, indem der Lagerdeckel 158 mit dem Wälzlager 160 auf das Lager 162 der Ausgleichswelle 128 bzw. deren linken Ausgleichswellenabschnitt 164 aufgeschoben wird. Danach wird ein Abstandsring eingelegt und die linke Seite der Ausgleichswelle 128 bzw. deren rechten Ausgleichswellenabschnitt 166 mit der Führung 168 auf die rechte Seite des Ausgleichswellenabschnittes 164 mit der Führung 170 aufgeschoben. Die Position der Ausgleichsgewichte bzw. jeweiligen Massenkonzentrationen zueinander können wie bei der Ausgleichseinheit 1 gemäß der ersten erfindungsgemä-Ben Ausführungsform aufeinander abgestimmt werden. Anschließend wird der antriebsseitige Lagerdeckel 172 als Loslager auf das rechte Wälzlager 124, das auf dem Wiederlager bzw. Sitz 132 der Ausgleichswelle 128 bzw. deren rechten Ausgleichswellenabschnitt 166 verspannt ist, aufgeschoben. Durch die Befestigungsschraube, auf die vorher unterhalb des Schraubenkopfes das Antriebskettenrad eingelegt wurde, wird der Ausgleichswellenabschnitt 164 mit der Gewindebohrung 174 und dem Anschlag 176 auf die Ausgleichswelle 128 bzw. deren rechten Ausgleichswellenabschnitt 166 mit dem Anschlag 178 verspannt. Die weitere Montage kann im Prinzip erfolgen wie zur Variante 1 beschrieben.
  • Der besondere Vorteil hierbei ist die geringere Reibung, wobei die Ölversorgung mit den Ölleitungen, Nuten und Ringnuten in den unterschiedlichen Lagern komplett entfallen können. Damit fällt der Bearbeitungsaufwand wesentlich geringer aus. Zudem zeichnen sich sowohl Variante 1 als auch Variante 2 durch eine besonders kompakte und leichte Bauweise aus.
  • Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben- Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung, mit wenigstens einer Ausgleichswelle, Ausgleichswellenlagern und einem mit der Kurbelwelle gekoppelten Ausgleichswellen-Drehantrieb. Erfindungsgemäß ist/sind die Ausgleichswelle(n) mehrteilig, in Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildet und verfügt/verfügen in Ausgleichsgewichtsbereichen über eine nicht homogene Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle. Auf diese Weise können kostengünstige, ungeteilte Lager eingesetzt werden und die aufwendig geteilten Lagerschalen als auch eine komplette Teilungsebene können entfallen, was eine wesentliche konstruktive Vereinfachung einhergehend mit einer Gewichtsreduzierung und einer entscheidenden Kostendämpfung zur Folge hat. Bezugszeichenliste 1 Ausgleichseinheit
    2 Lagerdeckel
    3 Motorblock
    4 Ausgleichsgewichtsbereiche
    5 Ausgleichswellenabschnitt
    6 Ausgleichswelle
    7 Ausgleichswellenabschnitt
    8 Führungslager
    10 Anschlagfläche
    14 Befestigungsschrauben
    16 Kurbelwellenlagerdeckel
    18 Führung
    20 Kurbelwelle
    22 Befestigungsschrauben
    24 Lagerstuhl
    26 Zylinderblock
    27 Ringnut
    28 Ölleitung
    30 Ölleitung
    34 Ringnut
    36 Ringnut
    38 Lagerdeckel
    40 Befestigungsplatte
    42 Kettenantrieb
    43 Lagerbohrungen
    44 Zapfen
    46 Lager
    48 Antriebsrad
    50 Befestigungsschrauben
    54 Befestigungsschrauben
    56 Führungen
    58 Kurbelwellenlagerdeckel
    60 Befestigungsschrauben
    62 Lagerstuhl
    66 Ringnut
    68 Ölleitung
    70 Ölleitung
    72 Ringnuten
    74 Kettenrad
    76 Sitz
    78 Kette
    80 Antriebsräder
    82 Umlenkrad
    84 Spannelement
    86 Führungsschiene
    88 Befestigungspunkt
    90 Befestigungspunkt
    92 Befestigungspunkt
    94 Befestigungspunkt
    96 Gehäusedeckel
    98 Ölwanne
    100 Ölleitungssystem
    102 Ölsieb
    104 Oberfläche
    106 Massenkonzentration
    120 Ausgleichsgewicht
    122 Lagerdeckel
    124 Wälzlager
    126 Lagerbohrungen
    128 Ausgleichswelle
    130 Zapfen
    132 Widerlager
    134 Anschlag
    136 Abstandshülse
    138 -
    140 Führung
    142 Führung
    144 Ausgleichsgewicht
    146 Ausgleichsgewicht
    148 Zentrierungsbohrung
    150 Zentrierbolzen
    152 Bohrung
    154 Gewindebohrung
    156 Anschlag
    158 Lagerdeckel
    160 Wälzlager
    162 Lager
    164 Ausgleichwellenabschn.
    166 Ausgleichswellenabschn.
    170 Führung
    172 Lagerdeckel
    174 Gewindebohrung
    176 Anschlag
    178 Anschlag
    180 Befestigungspunkt
    182 Befestigungspunkt
    184 Befestigungspunkt

Claims (8)

1. Ausgleichseinheit (1), zur Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren (3) von einer Kurbelwelle (20) verursachten Massenkräften 2. Ordnung, mit wenigstens einer Ausgleichswelle (6, 128), Ausgleichswellen-Lagern (8, 46, 124, 160) und einem mit der Kurbelwelle (20) gekoppelten Ausgleichswellen-Drehantrieb (42), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle(n) (6, 128) mehrteilig, in Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildet ist/sind, und dass die Ausgleichswelle(n) (6, 128) in Ausgleichsgewichtsbereichen (5, 7, 164, 166) eine nicht homogene Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle (6, 128) aufweist/aufweisen.
2. Ausgleichseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen benachbarter Ausgleichswellenabschnitte (5, 7, 164, 166) eine aufeinander abgestimmte Kontur aufweisen, zur gegenseitigen Ausrichtung der den jeweiligen Ausgleichswellenabschnitten (5, 7, 164, 166) zugeordneten Ausgleichsgewichtsbereichen (4, 144, 146).
3. Ausgleichseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Stirnfläche benachbarter Ausgleichswellenabschnitte (164, 166) einen Zentrierbolzen (150) aufweist, der in eine in der anderen Stirnfläche ausgebildete Zentrierbohrung (148) eingreift.
4. Ausgleichseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle(n) (6, 128) einen kreisrunden Querschnitt aufweist/aufweisen.
5. Ausgleichseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle(n) (6, 128) eine glatte Oberfläche (104) aufweist/aufweisen.
6. Ausgleichseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswellenabschnitte (5, 7, 164, 166) Lagersitz-Führungsabschnitte aufweisen.
7. Ausgleichseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle(n) (6, 128) in Wälzlagern (124, 160) gelagert ist/sind.
8. Ausgleichseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lager der Ausgleichswelle (6, 128) ungeteilte Lager sind.
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